字摄影机是已知的，并且由 于RIP漫射器可以被制作成纤薄漫射-衍射光学元件的形式，因此例如设备900之类的设备 显然可以被小型化，以便例如用在智能电话或诊断药丸(diagnostic pill)中。
[0219] 图9B示意性地示出了这里所公开的SSI设备的另一个实施例900'。类似于设备 900，设备900'包括数字摄影机902'、RIP漫射器90以及随机化器918，其不同之处在于摄影 机902'是包括用于成像透镜908的两个孔径而不是单个系统孔径910的双孔径摄影机。因 此，图像传感器906被双图像传感器906'替代，其捕获常规图像916'和DD图像916全部二者。 在其他实施例中，可以有多于两个孔径。一般来说，这里所公开的设备还可以使用具有导向 单个图像传感器的两条光径的设计，例如参见美国专利申请号2007/0285554。一条路径可 以经过RIP漫射器以产生DD图像，另一个则直接到达图像传感器以提供常规图像。
[0220] 图10-13示出了这里所公开包括两条成像通道的SSI设备的其他实施例:一条具有 RIP漫射器，另一条具有如数字摄影机中的常规成像。所有后面的实施例都提供DD图像和常 规图像全部二者。DD图像可以通过随机化器918的动作被转换成随机化图像。在必要时将两 幅图像相减，以用于在不相干光学成像系统中实施负值感知矩阵。
[0221] 图10示意性地示出了这里所公开的SSI设备的一个实施例1000。该实施例包括反 射-折射光束分离器和两个单独的图像传感器。除了前面所提到的元件之外，设备1000还包 括成像透镜前块1004、光束分离器1006、系统孔径光圈1010、第一成像透镜后块1012、第二 成像透镜后块1019以及用于提供常规图像1022的常规图像传感器1020。可选的是，设备 1000可以包括ID(或2D)发散器1024。分离器1006可以是半透明反射镜或光束分离立方体， 其指向与光轴成大于45度角，以便将光反射到透镜1019 AIP漫射器(并且可选地还有发散 器)优选地被放置在系统孔径1010的平面处。
[0222] 图11示意性地示出了这里所公开的SSI设备的另一个实施例1100。与设备1000- 样，设备1100包括安装在仅捕获DD图像916的双图像传感器1004的一部分前方的随机化器。 与设备1000不同，设备1100包括附加的转动反射镜1102,捕获发散-漫射图像和常规图像全 部二者的双图像传感器1104,以及第二系统孔径1106。在这里，分离器1006的指向与光轴成 接近45度角，以便把光反射到转动反射镜1102。所述双图像传感器是通过把发散-漫射图像 传感器与常规图像传感器对准而获得的。
[0223] 图12示意性地示出了这里所公开的SSI设备的另一个实施例1200。与设备1000和 1100不同，设备1200包括衍射发散器1202,其同时充当光束分离器和ID发散器。此外，与图 11中一样还包括双图像传感器。衍射发散器1202可以被实施成衍射光栅，其把光分离到第0 和第1衍射阶次1204和1206,其中0阶没有发散并且形成常规图像1208,1阶具有发散并且在 双图像传感器上形成DD图像1210。随机化器优选地被安装在仅捕获DD图像的双图像传感器 的一部分的前方。
[0224] 图13示意性地示出了这里所公开的SSI设备的另一个实施例1300。设备1300包括 如图12中的衍射发散器，但是具有单个后块1302而不是两个单独的成像透镜的后块。前块 1304和系统孔径光圈与后块1302被包装在一起，从而形成成像透镜。在一些实施例中，成像 透镜的前块或者(多个)后块可以缺失，从而使得成像透镜分别仅由（多个)后块或者仅由前 块形成。RIP漫射器以及(如果存在的话)发散器的空间位置优选地更靠近系统孔径(或者成 像透镜的入射或出射光瞳）而不是图像传感器。随机化器优选地被安装在仅捕获DD图像的 双图像传感器的一部分的前方。
[0225] 出于这里所阐述的所有目的，在本申请中提到的每一份出版物都被全文合并在此 以作参考。应当强调的是，对于本申请中的任何参考文献的引用或标识不应当被理解成承 认这样的参考文献可用作或者被承认作为现有技术。虽然本公开内容描述了有限数目的实 施例，但是应当认识到，这样的实施例可以有许多变型、修改和其他应用。举例来说，虽然说 明书特别涉及通过特定RIP漫射器获得的DD图像，但是这里所描述的2D CS-SCR方法也可以 被应用于为之定义了感知矩阵A的任何其他发散-漫射图像。举例来说，虽然说明书特别涉 及小标架变换和Bregman迭代，但是其他类型的变换或算法也可以被用于这里所描述的 SCR。此外，虽然详细描述了Toeplitz矩阵和卷积，但是也可以使用对应于非近轴和空间变 化的光学系统和/或具有像差的光学系统的更加一般的矩阵和线性变化。举例来说，虽然详 细描述了 ID漫射/发散，但是也可以使用2D漫射/发散。因此，本公开内容应当被理解成不限 于小标架变换、分裂或其他Bregman迭代以及ID漫射/发散。一般来说，本公开内容应当被理 解成不受限于这里所描述的具体实施例，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
【主权项】
1. 用于在快照中获得来源对象的多幅光谱图像的设备，包括： a) 包括透镜和像素化图像传感器的数字摄影机的成像部分，所述成像部分被配置成获 得经过漫射和发散的(DD)快照图像Y;以及 b) 数字处理器，其被配置成从快照图像Y实施二维压缩感知光谱立方体重建（2DCS-SCR)，从而提供多个光谱带中的来源对象的图像。2. 权利要求1的设备，其中，所述处理器配置包括用以对表示从快照图像Y导出的光谱 立方体数据的不同波段的各个阵列单独应用2D小标架变换的配置。3. 权利要求2的设备，其中，所述用以对表示光谱立方体数据的不同波段的各个阵列单 独应用2D小标架变换的配置包括用以对表示所述不同波段的各个阵列应用直接和逆2D小 标架变换的配置。4. 权利要求3的设备，其中，所述直接和逆小标架变换被包括在分裂Bregman迭代中。5. 权利要求1的设备，其还包括被插入在来源对象与图像传感器之间的光径中的受限 等距属性(RIP)漫射器，所述RIP漫射器被设计成满足与感知矩阵A有关的RIP条件，其中所 述处理器配置包括用以实施以下步骤的配置:把感知矩阵A转置成转置矩阵六1，将Ατ应用于Y 以获得矩阵ATY，对矩阵ATY应用2D直接稀疏化变换D以获得重建数据立方体X的稀疏版本d， 利用逆变换Ψ从d获得X，以及对X进行处理以获得所述多个光谱带中的来源对象的图像。6. 权利要求1-5当中的任一条的设备，其中，所述处理器被包括在数字摄影机中。7. 权利要求1-5当中的任一条的设备，其还包括被配置成对快照图像Y进行随机化以获 得随机化图像的随机化器，其中所述处理器还被配置成从所述随机化图像实施2DCS-SCR。8. 权利要求5的设备，其中，所述RIP漫射器具有被实施成随机沟槽深度阶梯的1D栅格 的随机相位掩模的形式。9. 权利要求8的设备，其中，所述随机沟槽阶梯的栅格包括随机化的锯齿结构。10. 权利要求7的设备，其中，所述随机化器被实施成邻近图像传感器平面或者在图像 传感器平面处放置的纤薄光学元件。11. 权利要求10的设备，其中，所述随机化器元件包括与图像传感器像素化结构完全相 同的像素化结构。12. 权利要求11的设备，其中，所述随机化器像素化结构包括其透明度从0到100%变化 的像素的随机结构。13. 权利要求7的设备，其中，所述随机化器被实施成处理器中的软件模块。14. 一种用于在快照中获得来源对象的多幅光谱图像的方法，其包括以下步骤： a) 获得经过漫射和发散的(DD)快照图像Y;以及 b) 从快照图像Y实施二维压缩感知数据立方体重建(2DCS-SCR)，从而提供多个光谱带 中的来源对象的图像。15. 权利要求14的方法，其中，获得DD快照图像Y的步骤包括利用包括透镜和像素化图 像传感器的数字摄影机的成像部分对来源对象进行成像。16. 权利要求14的方法，其中，从快照图像Y实施2DCS-SCR的步骤包括对表示从快照图 像Y导出的光谱立方体数据的不同波段的各个阵列单独应用2D小标架变换。17. 权利要求16的方法，其中，对表示光谱立方体数据的不同波段的各个阵列单独应用 2D小标架变换包括对表示所述不同波段的各个阵列应用直接和逆2D小标架变换。18.权利要求17的方法，其中，所述直接和逆小标架变换被包括在分裂Bregman迭代中。19.权利要求15的方法，其中，所述成像步骤还包括通过被插入在来源对象与图像传感 器之间的光径中的受限等距属性(RIP)漫射器对来源对象进行成像，其中所述RIP漫射器满 足与感知矩阵A有关的RIP条件。20.权利要求19的方法，其中，从快照图像Y实施2DCS-SCR的步骤包括： i、把感知矩阵A转置成转置矩阵Ατ， ii、将ATS用于快照图像Y以获得矩阵ATY， iii、对矩阵ATY应用2D直接稀疏化变换D以获得重建数据立方体X的稀疏版本d， iv、利用逆变换Ψ从d获得X，以及 v、通过分裂Bregman迭代对X进行处理以获得所述多个光谱带中的来源对象的图像。21. 权利要求14的方法，其还包括对DD图像进行随机化以获得随机化图像的步骤，其中 所述实施2DCS-SCR的步骤包括从所述随机化图像实施2DCS-SCR。22.权利要求21的方法，其中，所述随机化步骤包括使用插入在RIP漫射器与图像传感 器之间的纤薄光学随机化器元件。23.权利要求21的方法，其中，所述从随机化图像实施2DCS-SCR的步骤包括对表示从 所述随机化图像导出的光谱立方体数据的不同波段的各个阵列单独应用2D小标架变换。24.权利要求21的方法，其中，所述随机化步骤包括利用软件实施的随机化器进行随机 化。
【专利摘要】本发明涉及用于在快照中获得来源对象的多幅光谱图像的设备和方法，其中包括使用被应用于发散-漫射快照图像的二维压缩感知数据立方体重建(2D？CS-SCR)。在一些实施例中，所述快照图像是通过RIP漫射器获得的。在一些实施例中，使用随机化器来对发散-漫射快照图像进行进一步随机化。2D？CS-SCR包括对表示从快照图像导出的光谱立方体数据的不同波段的各个阵列单独应用2D小标架变换。对表示不同波段的各个阵列单独应用2D小标架变换包括对各个阵列应用直接和逆2D小标架变换。在一些实施例中，所述直接和逆小标架变换被包括在分裂Bregman迭代中。
【IPC分类】G01J3/02
【公开号】CN105492878
【申请号】CN201480045206
【发明人】迈克尔·格鲁布, 梅纳赫姆·内森, 阿米尔·艾沃布驰, 罗曼·马林斯基, 瓦列里·哲卢德夫
【申请人】拉莫特艾特特拉维夫大学有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年6月16日
【公告号】EP3011287A1, WO2014203151A1